EP3506431B1 - Leitungsverbinder sowie herstellverfahren für eine elektrische verbindung - Google Patents

Leitungsverbinder sowie herstellverfahren für eine elektrische verbindung Download PDF

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EP3506431B1
EP3506431B1 EP18214329.7A EP18214329A EP3506431B1 EP 3506431 B1 EP3506431 B1 EP 3506431B1 EP 18214329 A EP18214329 A EP 18214329A EP 3506431 B1 EP3506431 B1 EP 3506431B1
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EP
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line connector
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receiving
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Klaus Specht
Christoph Forstmeier
Christoph Goetzmann
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Lisa Draexlmaier GmbH
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Lisa Draexlmaier GmbH
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    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a line connector that is suitable for power distribution to multiple lines. Furthermore, the invention relates to a method for producing an electrical connection between a plurality of lines.
  • a connection between two or more electrical lines is known, the electrical conductors of which are cohesively connected to form a transit or end node.
  • An ultrasonic welding process is used to connect the lines, the welding quality of which can be influenced mainly by the machine parameters of the ultrasonic welding device used for this purpose.
  • the disadvantage of this is that the welding quality in ultrasonic welding can be influenced not only by the machine parameters but also by the material surfaces of the joining partners, i.e. the electrical cables, or environmental influences, which can only be monitored inadequately with this method.
  • the sound waves generated during ultrasonic welding are also transmitted to components adjacent to the joining partners and can cause damage there.
  • the U.S.A. 4,745,239 discloses a multi-wire connection device that includes a generally tubular, deformable, electrically conductive housing having a plurality of apertures formed in its wall. The openings are axially spaced along the length of the housing and are each adapted to receive a wire to extend axially along a length of the housing.
  • the GB1536163 shows a connection arrangement for coaxial cables with a set of metallic half-shells and reinforcing tubes.
  • the connection is made by stripping the inner conductors of the cables, bending them and connecting them by crimping, with the half-shells being fixed relative to one another by bent components of the half-shells.
  • the EP 0 602 436 A2 shows a preassembled conductor with a branch coupling, using a contact element on which both means for a crimp connection to the conductor to be tapped and means for a crimp connection to the branch conductor are built.
  • a method for producing a rectangular cross-section through or end node from electrical conductors, which is achieved by compacting and subsequent welding of the conductors using ultrasound in a compression space of an ultrasonic welding machine that is adjustable in height and/or width and has a rectangular cross section.
  • the DE 27 23 029 A1 discloses an electrical connection for enamelled and plain wires using a metal connecting sleeve, the sleeve being compressed and electrically heated together with the wire ends by welding electrodes.
  • the enamel coating is destroyed by crushing and by the melting layer of tin, so the wires are bonded to each other and to the sleeve.
  • a method for the integral joining of a cable to a connection element in which a bundle of individual strands of the cable is inserted via an entry opening into a receiving sleeve of the connecting element, the receiving sleeve having an end piece facing away from the entry opening and a mandrel inserted into the bundle Bundle an arranged in the end piece engagement pit produced, wherein the end piece having the engagement pit is widened and used to produce a material bonded joint connection at least between a partial number of the individual strands with the inner wall of the widened end piece.
  • JP S58 147179 U JP S50 81992 U , JP H02 56367 U and U.S. 2,478,082 A each disclose electrical wire connection arrangements.
  • the object of the invention is therefore to create an improved possibility for the integral connection of two or more electrical lines using means that are as simple as possible in terms of design.
  • the invention is based on the idea of electrically connecting two, three, four or more electrical lines, preferably with a round cross section and/or having strands, by the lines being placed in sections in receiving sleeves of a common Line connector recorded and at least partially connected to this materially.
  • This connection can be a transit or end node, for example.
  • a line connector according to the invention for the non-detachable connection of two or more electrical lines is preferably made of an electrically conductive metal material and has at least one metal receiving sleeve designed to receive the lines in sections.
  • the receiving sleeve also has a first through-opening for inserting the respective line and a second through-opening for inserting a welding tool.
  • the line connector can be galvanized, plasma-coated or lacquered in sections or over the entire surface. It is also conceivable that the line connector is part of a busbar of an electrical power distributor in the vehicle electrical system of a motor vehicle.
  • the line connector can be cast or overmoulded with a plastic material in order to achieve electrical insulation from the outside or protection from mechanical effects.
  • the receiving sleeve thus enables the material connection by means of friction welding, with the material connection created thereby being able to be visually checked through the second through-opening.
  • a distributor or splice system can be created with simple structural means.
  • the following material pairings can advantageously be connected in an electrochemically compatible manner by (stir) friction welding: copper conductor with a copper receiving sleeve, an aluminum conductor with a copper receiving sleeve and an aluminum conductor with an aluminum receiving sleeve.
  • the at least one receiving sleeve has at least one third through-opening, the hole axis of which is aligned transversely to the hole axis of the first and/or second through-opening.
  • a bundle with a plurality of lines can thus be inserted through the first and second through-opening at an angle in such a way that their exposed conductors are arranged in the region of the third through-opening.
  • the welding tool can then be introduced through the third passage opening in order to plasticize at least the line ends.
  • the at least one receiving sleeve has a fourth through-opening, the hole axis of which is aligned transversely to the hole axis of the first and/or second through-opening.
  • the lines can be divided into at least two bundles and then plasticized from several sides in order to achieve a high welding quality.
  • the line connector has two or more receiving sleeves, which are connected to one another via at least one electrically conductive connecting section.
  • the two or more receiving sleeves can be arranged next to one another, preferably in at least one row, so that the longitudinal axes of the receiving sleeves are aligned parallel to one another. Since preferably only a single line is arranged in each receiving sleeve, different material pairings can be easily implemented regardless of their position in the electrochemical series.
  • a further advantageous development of the invention provides that the inside diameter of a first receiving sleeve differs from the inside diameter of a second receiving sleeve.
  • the receiving sleeves can have different inside diameters individually or in groups, so that different line cross sections can be electrically connected to one another with a single line connector.
  • At least one of the receiving sleeves tapers from the first through-opening towards the second through-opening. This can also be done with one step. As a result, the line stripped at the longitudinal end of the line can be held clamped on its insulating jacket on the one hand, and flat contact between the exposed conductor and the receiving sleeve can be achieved on the other hand.
  • At least one of the receiving sleeves can have a clamping element protruding inwards into the receiving sleeve, at least in sections exhibit.
  • the clamping element can be formed from the metal material of the receiving sleeve, for example, or it can be an adhesive tape glued there, a type of sealing compound or the like.
  • the line connector can be provided in a particularly cost-effective and technically simple manner if the connecting section is designed in the form of sheet metal.
  • the connecting section can have a fastening element for connection to a carrier part.
  • the fastening element can be a through opening, in which case the line connector can then be attached to a contact bolt, for example, in the manner of a cable lug.
  • the electrical connection to the electrical lines can then also be established via the contact bolt.
  • the line connector according to the invention has two shell elements that essentially complement one another. This makes it possible, for example, for the respective line with an exposed conductor to be laid on or on a shell element and then to be surrounded by another shell element from the other side. This also allows the line longitudinal axis to extend away from the line connector at an angle relative to the longitudinal axis of the receiving sleeve.
  • the shell elements can be connected to one another via a coupling element arranged in the connecting section. This can be done, for example, by clinching, gluing or the like.
  • the shell elements can also be cohesively connected to one another by a welding process, either at the same time as the respective line is welded to the respective receiving sleeve or in a separate welding process.
  • a sealing element for bringing it into contact with the other shell element can be arranged on at least one flat side of the connecting section of one of the shell elements in order to seal the receiving sleeves.
  • the sealing element can be designed as an adhesive tape, as a fluid sealant, as a meltable or foaming sealant, hotmelt, etc.
  • the connecting section can have at least one fuse, for example in the form of a fuse element arranged in a housing.
  • the connection section can consist entirely of the fusible conductor and possibly the housing.
  • An electrical line arrangement which preferably has at least one line connector in one or more of the embodiment variants described above does not belong to the claimed invention.
  • the line arrangement has a plurality of electrical lines and a line connector, which has at least one receiving sleeve which is open at least on its end faces and in which the lines are accommodated at least in sections and are therefore connected in a materially bonded manner.
  • the line arrangement offers the advantage that a current distribution can take place via the line connector and/or via the lines connected to one another therein, ie a transit or end node can be formed. Nevertheless, no ultrasonic welding process has to be used, since the individual lines are arranged in a respective associated receiving sleeve and can be welded through the front-side opening, in particular by means of friction welding. This allows the welding quality to be improved, while at the same time the technical effort involved in manufacturing and assembling is significantly lower and a visual assessment of the welding point can be implemented.
  • an insulating jacket of the respective line can be radially clamped by a clamping element projecting into the interior of the receiving sleeve.
  • a clamping element projecting into the interior of the receiving sleeve.
  • grooves or other projections for example, can be formed or attached to an inner wall of the receiving sleeve.
  • an insulating jacket section which is manufactured and/or designed separately for this purpose and which can have at least one through-opening can be attached to the receiving sleeve.
  • This preferably consists of metal, a polymer material or ceramics.
  • the insulating jacket section can be designed as an insert and be made from a different material than the receiving sleeve.
  • the method thus offers the advantage that the technical outlay for connecting multiple lines can be significantly reduced.
  • the welding quality can be monitored well, for example through the front opening. This also rules out damage to adjacent components from the ultrasound.
  • the material connection is effected by a friction welding tool, which is guided through a through-opening of the respective receiving sleeve to the line, possibly brought into contact with it and then rotated relative to it.
  • the friction welding tool can be a mandrel-like tool, for example, as is known for friction stir welding.
  • the optional visual inspection of the welded connection can then be carried out through the same passage opening.
  • the line is pre-fixed in the receiving sleeve or the material connection is facilitated, the receiving sleeve is preferably pulled out from the radial direction, preferably via the entire circumference of the receiving sleeve is pressed.
  • the pressing tool used also exerts a pressing force on the receiving sleeve during friction welding, in order to prevent it from turning when the friction welding tool rotates.
  • figure 1 shows a perspective side view of a first exemplary embodiment of an electrical line arrangement 100, which has a line connector 1 according to a first exemplary embodiment and a plurality of electrical lines 2, four in this case by way of example, in the form of stranded conductors, for example, attached thereto.
  • the line arrangement 100 is particularly suitable for through or end connectors, such as are used in motor vehicles, for example.
  • the electrical conductors 4 of the lines 2 surrounded by an insulating jacket 3 are electrically connected on the one hand to the common line connector 1 and on the other hand to a respective electrical load (not shown).
  • the line connector 1 shown is designed in the form of a sleeve and forms a receiving sleeve 5, here a hollow cylinder, in the interior, in which the individual lines 2 are arranged together and are therefore combined.
  • the lines 2 form a common connection node within the receiving sleeve 5 .
  • the receiving sleeve 5 can be divided structurally, but also functionally, into a compression section 6 and an insulating jacket section 7 along its longitudinal axis.
  • the receiving sleeve 5 is radially pressed in the pressing section 6 , as a result of which the lines 2 , which are preferably stripped of their insulation in the pressing section 6 by removing the insulating jacket 3 , are also pressed with the receiving sleeve 5 .
  • the lines 2 are mainly welded to an inner surface of the receiving sleeve 5 and/or to one another in the compression section 6 .
  • no welding takes place in the insulating jacket section 7, since the heat input of the friction welding method used, which is described in more detail below, ideally does not take place up to there.
  • the receiving sleeve 5 has a first through-opening 8 on a first end face and a second through-opening 9 on an opposite, second end side, the lines 2 in this exemplary embodiment being guided through the receiving sleeve 5 from the first through-opening 8 in such a way that the line ends received therein in the Are arranged essentially flush with one another and adjacent to the second through-opening 9 .
  • the resulting weld connection V can be seen through the second passage opening 9 and can therefore be visually checked with optical means, such as a camera system, with regard to the welding quality.
  • the line connector 1 or the receiving sleeve 5 in this exemplary embodiment has an electrical contact element 10 formed in one piece adjacent to the second passage opening 9, which projects outwards beyond the corresponding end face and, like a cable lug, for electrical connection to a carrier element (not shown). , Such as a body part of a motor vehicle, can be attached.
  • the line connector 1 is also held mechanically (non-positively and/or positively) on the carrier element via the contact element 10 .
  • figure 2 shows a further exemplary embodiment of the electrical line arrangement 100, which differs from that described above mainly in that the insulating jacket section 7 is longer and has a larger inner diameter than the press section 6.
  • the contact element 10 is not explicitly provided here because this is not required in every application. However, here too the welded connection V can be visually checked through the second passage opening 9 .
  • the insulating jacket section 7 also serves as a strain relief element for the individual insulated conductors 2 in the line arrangement 100. These can also be pressed with insulation 3 in the receiving sleeve 5 in the insulating jacket section 7. This area 7 can also be used on the back for media-tight sealing of the stripped conductors 4 and the welded connection area V in the direction of the lines 2 .
  • the insulating jacket section 7 can be designed as a separate component made of metal, polymer material or ceramic
  • FIG 3 a further exemplary embodiment of the line arrangement 100 is shown, in which the line connector 1 additionally has a third through-opening 11, the hole axis of which is arranged transversely to the (here common) hole axis of the first and second through-openings 8, 9.
  • the hole axes are arranged perpendicular to one another, with the third through-opening 11 being arranged between the first and second through-openings 8 , 9 .
  • Functionally considered the first and second through-openings 8, 9 differ from the exemplary embodiments described above, since here the welded connection V is not formed by the second through-opening 9, but rather through the third through-opening 11 transversely thereto. Nevertheless, the welded connection V can still be visually checked through the third through-opening 11 .
  • the contact element 10 in this exemplary embodiment is arranged opposite the third through-opening 11 and extends away from it in an opposite direction.
  • the line connector in this exemplary embodiment has a multi-part design and correspondingly has two complementary shell elements 12, 13, which are fastened to one another via at least one (in this case two in total as an example) coupling element 14.
  • the coupling element 14 is configured here as a clip connection, so that the shell elements 12, 13 are arranged around the lines 2 to be connected and are then simply pressed together and connected thereto.
  • the shell elements 12, 13 can also be connected by means of a wrapping tape, adhesive tape, shrink tubing or cable ties.
  • the shell elements 12, 13 can be embodied as components made of metal, polymer material or ceramic which are attached separately to the receiving sleeve 5.
  • figure 4 shows a further exemplary embodiment of the line arrangement 100, in which a fourth through-opening 15 is additionally formed, which is opposite the third through-opening 11 here.
  • a fourth through-opening 15 is additionally formed, which is opposite the third through-opening 11 here.
  • This is particularly advantageous when the bundle of lines 2 has such a large overall diameter that it is divided into two bundles in order to achieve a higher welding quality through plasticization of the joining partners from two opposite radial sides through both the third and fourth through-opening 11 , 15 formed weld V causes.
  • a lateral fastening strap which is concealed here, such as the contact element 10 or the like can be provided.
  • the welded connection V of the two through-openings 11, 15 is designed here in such a way that only lines 2 with an electrical conductor 4 made of aluminum are welded in the press section 6 of the through-opening 11 and only lines 2 with electrical conductors made of copper are welded in the through-opening 15.
  • the line connector 1 of the in figure 5 The exemplary embodiment shown is designed as a stamped/bent part, here also in one piece as an example, and has a number of individual receiving sleeves 5 corresponding to the number of lines 2, the respective inner diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the conductor 4 or the insulating jacket 3 to be received therein
  • the receiving sleeves 5 have different inner diameters for different line diameters, this being only optional or as an example.
  • the compression section 6 is at least partially tapered in relation to the insulating jacket section 7 .
  • the exposed conductors 4 are again welded to the receiving sleeves 5 or their inner surface, with compression being additionally provided here.
  • the respective receiving sleeves 5 are electrically connected to one another by a corresponding number of connecting sections 16 , the connecting sections 16 being made of sheet metal and in one piece with the receiving sleeves 5 , in particular in this exemplary embodiment.
  • the sheet metal material chosen for this is electrically conductive, so that the receiving sleeves 5 are electrically connected via the connecting sections 16 .
  • a free line end of the lines 2, in which the conductor 4 is exposed in sections, is inserted into the respective receiving sleeve 5, for which the respective receiving sleeve 5 in turn has the (in figure 5 lower) first through opening 8 has.
  • the respective receiving sleeve 5 also has the (in figure 5 upper) second passage opening 9, which is used for inserting the welding tool, as will be explained in more detail below.
  • the electrical contact element 10 in the form of a cable lug is arranged on one of the receiving sleeves 5, which is either formed in one piece with the receiving sleeve 5 or is welded on during the welding process explained further below.
  • FIG 6 an embodiment variant of the line connector 1 is shown, in which the lines 2 are guided away from the receiving sleeves 5 at an angle.
  • the Receiving sleeves 5 themselves are angled, so that the hole axes of the first and second through-openings 8, 9 do not lie on a common longitudinal axis of the sleeve, but on angled, for example, right-angled ones.
  • Two receiving sleeves 5 are shown here as an example, but more than two receiving sleeves 5 can also be provided in this embodiment variant.
  • the connecting section 16 an embodiment variant of the contact or fastening element 10 for electrical connection to an electrical counter-element or carrier element (not shown and not specified) is arranged.
  • the fastening element 10 has, again similar to a cable lug, a through hole and a screw bolt inserted through it.
  • the fastening element 10 can also be a welded-on or pressed-in threaded bolt or nut.
  • the transition area between the passage opening 8 of the curved sleeve element 5 and the electrical conductor 2 can be sealed by a shrink tube 19 against the influence of media.
  • the embodiment variant shown has the connecting section 16 between two receiving sleeves 5 in a recess on a fuse element 17 in the form of a safety fuse with a fuse element electrically connecting the receiving sleeves 5 .
  • the securing element 17 overlaps with lateral tabs of the receiving sleeves 5 and is attached thereto, for example by means of clinching.
  • figure 8 a further, multi-part embodiment variant of the line connector 1 is shown. Because this does not necessarily have to be made in one piece, but can also have the two complementary shell elements 12, 13 in accordance with this embodiment variant.
  • figure 8 12 accordingly shows a single shell element 12, which in each case forms part or half of the respective receiving sleeves 5.
  • the shell element 12 Adjacent to the second through-opening 9 of the receiving sleeve 5, the shell element 12 has, for example, clamping and/or fastening elements 18 within the part of the receiving sleeves 5 for bringing it into contact with the conductor 4, which is preferably a stranded wire.
  • the clamping and/or fastening element 18 is, for example, a protruding groove formed from the sheet material of the shell element 12, an adhesive tape or the like.
  • the fastening element 10 can also be recognized once again, which is designed here as a simple through-opening.
  • FIG 8 indicated how the two shell elements 12, 13 can be connected to one another.
  • coupling elements 14 are provided in the connecting section 16, which mechanically connect the shell elements 12, 13 to one another. This is done, for example, by means of gluing, clinching, clamping, etc.
  • a sealing element 19 is provided on a flat side at least in lateral tabs of the line connector 1, which is then clamped between the two shell elements 12, 13 , seals and glues them together if necessary.
  • the conductors 4 of the lines 2 are exposed in sections by removing the insulating jacket 3 .
  • the conductors 4 are designed as stranded conductors.
  • the shell elements 12, 13 are arranged around the line ends and then, as in figure 9 indicated with arrows, put together.
  • the shell elements 12, 13 complement each other in such a way that the ends of the exposed conductors 4 are arranged adjacent to the second through-opening 9, analogously to the one-piece embodiment variant.
  • the receiving sleeves 5 are then pressed radially by a pressing tool with pressing jaws 110, 120, both in the one-piece and in the multi-part variant of the line connector 1, as is shown in figure 10 is indicated by arrows.
  • the compression section 6 (which can be seen better here)
  • the exposed conductor 4 is brought into direct contact with the inner surface of the respective receiving sleeve 5 .
  • the insulating jacket section 7 one or more clamping elements 18 in The form of projections protruding into the receiving sleeve 5 is brought into non-positive and/or positive engagement with the insulating jacket 3 .
  • Friction welding plasticizes the conductor material and/or at least sections of the material of the receiving sleeve 5, so that the material connection V (see Fig Figures 11 and 12 ) between the respective receiving sleeve 5 and the respective conductor 4 is formed.
  • figure 11 shows the line arrangement 100 produced in this way in a sectional view. After the material-to-material connection, the resulting welded joint V is secured by the (in figure 11 left) second passage opening 9 checked optically, for example with the aid of a camera system.
  • the receiving sleeves 5 of the shell elements 12, 13 are designed in such a way that they are adapted to one another geometrically or in a form-fitting manner and as a result, when the conductor 4 is welded to the receiving sleeve 5 in the press section 6, a deformation caused by welding forces is partially prevented can.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leitungsverbinder, der sich zur Stromverteilung auf mehrere Leitungen eignet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen mehreren Leitungen.
    • Stand der Technik
  • Beispielsweise aus der WO 2012/022763 A3 ist eine Verbindung zwischen zwei oder mehr elektrischen Leitungen bekannt, deren elektrische Leiter stoffschlüssig zu einem Durchgangs- oder Endknoten verbunden werden. Zum Verbinden der Leitungen kommt dabei ein Ultraschall-Schweißverfahren zum Einsatz, dessen Schweißqualität hauptsächlich durch Maschinenparameter der dazu verwendeten Ultraschall-Schweißvorrichtung beeinflusst werden kann. Nachteilig daran ist, dass die Schweißqualität beim Ultraschallschweißen neben den Maschinenparametern auch durch Materialoberflächen der Fügepartner, also den elektrischen Leitungen, oder Umwelteinflüsse beeinflusst werden kann, die sich bei diesem Verfahren aber nur unzureichend überwachen lassen. Des Weiteren ist nachteilig, dass die beim Ultraschallschweißen erzeugten Schallwellen auch auf an die Fügepartner angrenzende Bauteile übertragen werden und dort Schäden hervorrufen können.
  • Eine denkbare Alternative zum Ultraschallschweißen, die jedoch keine stoffschlüssige Verbindung schafft, ist das Crimpen. Dieses eignet sich jedoch nur bedingt für Aluminium-Leitungen, da das Aluminium durch sein ausgeprägtes Kriechverhalten zum Lockern der Crimpverbindung führen kann und die Oberflächenoxidationsschicht elektrisch isolierend wirkt. Insbesondere für das Verbinden von Aluminium-Leitungen besteht daher der Wunsch nach einer gegenüber dem Ultraschallschweißen verbesserten Möglichkeit zum stoffschlüssigen Verbinden von zwei oder mehr Leitungen.
  • Die US 4 745 239 A offenbart eine Mehrdrahtverbindungsvorrichtung, die ein allgemein röhrenförmiges, verformbares, elektrisch leitendes Gehäuse mit mehreren Öffnungen umfasst, die in ihrer Wand ausgebildet sind. Die Öffnungen sind entlang der Länge des Gehäuses axial voneinander beabstandet und jeweils so ausgelegt, dass sie einen Draht aufnehmen können, so dass er axial entlang einer Länge des Gehäuses verläuft.
  • Die GB1536163 zeigt eine Verbindungsanordnung für Koaxialkabel mit einem Satz metallischer Halbschalen und Verstärkungsrohren. Die Verbindung wird hergestellt, indem die Innenleiter der Kabel abgezogen, gebogen und mittels Crimpen verbunden werden, wobei die Halbschalen durch umgebogenen Komponenten der Halbschalen relativ zueinander fixiert werden.
  • Gemäß der DE 10 2009 029 339 A1 werden zwei elektrische Leiter aus verschiedenen Metallen oder verschiedenen Metalllegierungen miteinander verbunden, wobei hierfür ein Leiterverbinder vorgesehen ist, dessen Verbinderkörper ein plattiertes Blechteil mit zwei Außenbeschichtungen ist, deren Materialien entsprechend ausgewählt auf das Material der zu verbindenden elektrischen Leiter sind, wodurch eine homogene Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Verbinderkörper sichergestellt und das Problem der elektrochemischen Korrosion verhindert wird.
  • Die EP 0 602 436 A2 zeigt einen vormontierten Leiter mit einer Abzweigkupplung, wobei ein Kontaktelement verwendet wird, auf dem sowohl Mittel für eine Crimpverbindung zum zu abzapfenden Leiter als auch Mittel für eine Crimpverbindung zum Abzweigleiter aufgebaut sind.
  • Aus der DE 10 2006 021 422 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines rechteckigen Querschnitt aufweisenden Durchgangs- oder Endknotens aus elektrischen Leitern bekannt, das durch Kompaktieren und anschließendes Verschweißen der Leiter mittels Ultraschall in einem in Höhe und/oder Breite verstellbaren und im Querschnitt rechteckförmigen Verdichtungsraum einer Ultraschallschweißmaschine gewährleistet.
  • Die DE 27 23 029 A1 offenbart einen elektrischen Anschluss für emaillierte und glatte Drähte unter Verwendung einer Metallverbindungshülse, wobei die Hülse zusammen mit den Drahtenden durch Schweißelektroden zusammengedrückt und elektrisch erwärmt wird. Die Emailbeschichtung wird durch Quetschen und durch die schmelzende Zinnschicht zerstört, so dass die Drähte miteinander und mit der Hülse verbunden sind.
  • In der DE 102013 101876 B3 wird ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen eines Kabels an ein Anschlusselement vorgeschlagen, bei dem ein Bündel von Einzelsträngen des Kabels über eine Eintrittsöffnung in eine Aufnahmehülse des Anschlusselements eingeführt wird, wobei die Aufnahmehülse ein von der Eintrittsöffnung abgewandtes Endstück aufweist und ein in das Bündel eingeführten Dorns im Bündel eine im Endstück angeordnete Eingriffskuhle erzeugt, wobei das die Eingriffskuhle aufweisende Endstück aufgeweitet ist und zum Herstellen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung zumindest zwischen einer Teilanzahl der Einzelstränge mit der Innenwand des aufgeweiteten Endstückes dient.
  • Auch die JP S58 147179 U , JP S50 81992 U , JP H02 56367 U und US 2 478 082 A offenbaren jeweils Verbindungsanordnungen von elektrischen Leitungen.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine verbesserte Möglichkeit zum stoffschlüssigen Verbinden von zwei oder mehr elektrischen Leitungen zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zwei, drei, vier oder mehr, vorzugsweise im Querschnitt runde und/oder Litzen aufweisende, elektrische Leitungen elektrisch miteinander zu verbinden, indem die Leitungen abschnittsweise in Aufnahmehülsen eines gemeinsamen Leitungsverbinders aufgenommen und zumindest abschnittsweise mit diesen stoffschlüssig verbunden werden. Diese Verbindung kann beispielsweise ein Durchgangs- oder Endknoten sein.
  • Hierzu ist ein erfindungsgemäßer Leitungsverbinder nach Anspruch 1 zum unlösbaren miteinander Verbinden von zwei oder mehr elektrischen Leitungen vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Metallwerkstoff gefertigt und verfügt über wenigstens eine zum abschnittsweisen Aufnehmen der Leitungen ausgebildeten, metallische Aufnahmehülse. Die Aufnahmehülse weist ferner eine erste Durchgangsöffnung zum Einführen der jeweiligen Leitung sowie eine zweite Durchgangsöffnung zum Einführen eines Schweißwerkzeugs auf. Dabei kann der Leitungsverbinder abschnittsweise oder vollflächig galvanisiert, plasmabeschichtet oder lackiert sein. Es ist auch denkbar, dass der Leitungsverbinder Bestandteil einer Stromschiene eines elektrischen Stromverteilers im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs ist. Zudem kann der Leitungsverbinder mit einem Kunststoffmaterial umgossen oder umspritzt sein, um so eine elektrische Isolierung nach außen bzw. einen Schutz vor mechanischen Einwirkungen zu erreichen.
  • Diese erfindungsgemäße Konfiguration bewirkt gleich mehrere vorteilhafte Effekte. So ermöglicht die Aufnahmehülse das stoffschlüssige Verbinden mittels Reibschweißen, wobei die dadurch geschaffene stoffschlüssige Verbindung durch die zweite Durchgangsöffnung optisch überprüfbar ist. Es lässt sich zudem mit einfachen konstruktiven Mitteln ein Verteiler- bzw. Splice-System schaffen. Durch das (Rühr-)Reibschweißen können je nach Ausführungsvariante vorteilhafterweise die folgenden Materialpaarungen elektrochemisch verträglich verbunden werden: Kupfer-Leiter mit einer Kupfer-Aufnahmehülse, ein Aluminium-Leiter mit einer Kupfer-Aufnahmehülse und ein Aluminium-Leiter mit einer Aluminium-Aufnahmehülse.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Aufnahmehülse wenigstens eine dritte Durchgangsöffnung aufweist, deren Lochachse quer zur Lochsachse der ersten und/oder zweiten Durchgangsöffnung ausgerichtet ist. So können durch die erste und zweite Durchgangöffnung jeweils ein Bündel mit mehreren Leitungen so unter einem Winkel eingeführt werden, dass deren freigelegte Leiter im Bereich der dritten Durchgangsöffnung angeordnet sind. Durch die dritte Durchgangsöffnung kann dann das Schweißwerkzeug eingeführt werden, um zumindest die Leitungsenden zu plastifizieren.
  • Um z.B. auch Bündel von Leitungen mit größeren Durchmesser vollständig zu verschweißen, kann es vorteilhaft sein, wenn die wenigstens eine Aufnahmehülse eine vierte Durchgangsöffnung aufweist, deren Lochachse quer zur Lochachse der ersten und/oder zweiten Durchgangsöffnung ausgerichtet ist. So können die Leitungen in wenigstens zwei Bündel aufgeteilt und dann von mehreren Seiten her plastifiziert werden, um dadurch eine hohe Schweißqualität erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß weist der Leitungsverbinder zwei oder mehr Aufnahmehülsen auf, die über wenigstens einen elektrisch leitfähigen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Die zwei oder mehr Aufnahmehülsen können, vorzugsweise in wenigstens einer Reihe, nebeneinander angeordnet sein, so dass die Hülsenlängsachsen der Aufnahmehülsen parallel zueinander ausgerichtet sind. Da in jeder Aufnahmehülse vorzugsweise nur eine einzige Leitung angeordnet ist, sind unterschiedliche Materialpaarungen ohne Rücksicht auf deren Stellung in der elektrochemischen Spannungsreihe einfach zu realisieren.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich der Innendurchmesser einer ersten Aufnahmehülse vom Innendurchmesser einer zweiten Aufnahmehülse unterscheidet. In anderen Worten können die Aufnahmehülsen einzeln oder gruppenweise unterschiedliche Innendurchmesser aufweisen, so dass mit einem einzigen Leitungsverbinder unterschiedliche Leitungsquerschnitte elektrisch miteinander verbunden werden können.
  • Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn sich wenigstens eine der Aufnahmehülsen von der ersten Durchgangsöffnung hin zur zweiten Durchgangsöffnung verjüngt. Dies kann auch mit einer Stufe ausgeführt sein. Dadurch kann die am Leitungslängsende abisolierte Leitung einerseits an ihrem Isolationsmantel klemmend gehalten werden, andererseits kann eine flächige Anlage zwischen dem freigelegten Leiter und der Aufnahmehülse erreicht werden.
  • Für eine Vorfixierung der Leitung in der Aufnahmehülse, zum Ausbilden einer Zugentlastung oder eine klemmende Befestigung kann wenigstens eine der Aufnahmehülsen zumindest abschnittsweise ein nach innen in die Aufnahmehülse hineinragendes Klemmelement aufweisen. Das Klemmelement kann z.B. aus dem Metallwerkstoff der Aufnahmehülse ausgeformt werden oder ein dort aufgeklebtes Klebeband, eine Art Dichtmasse oder ähnliches sein.
  • Besonders kostengünstig und technisch einfach kann der Leitungsverbinder bereitgestellt werden, wenn der Verbindungsabschnitt blechförmig ausgestaltet ist.
  • Um den Leitungsverbinder, insbesondere mitsamt den Leitungen, an einem Trägerteil, beispielsweise in einem Stromverteiler eines Kraftfahrzeugs, zu befestigen, kann der Verbindungsabschnitt ein Befestigungselement zum Verbinden mit einem Trägerteil aufweisen. Im einfachsten Fall kann das Befestigungselement eine Durchgangsöffnung sein, wobei der Leitungsverbinder dann nach Art eines Kabelschuhs z.B. an einem Kontaktbolzen angebracht werden kann. Über den Kontaktbolzen kann dann auch die elektrische Verbindung zu den elektrischen Leitungen bewerkstelligt werden.
  • Für eine noch einfachere Montage weist erfindungsgemäß der Leitungsverbinder zwei sich im Wesentlichen ergänzende Schalenelemente auf. Dies ermöglicht z.B., dass die jeweilige Leitung mit freigelegtem Leiter an bzw. auf ein Schalenelement gelegt und dann von der anderen Seite mit einem weiteren Schalenelement umschlossen werden kann. Dies ermöglicht auch, dass sich die Leitungslängsachse unter einem Winkel gegenüber der Längsachse der Aufnahmehülse von dem Leitungsverbinder weg erstrecken kann.
  • Erfindungsgemäß können sich die Schalenelemente über ein im Verbindungsabschnitt angeordnetes Koppelelement miteinander verbinden lassen. Dies kann z.B. durch Durchsetzfügen, Kleben oder ähnliches erfolgen. Alternativ dazu können die Schalenelemente auch durch ein Schweißverfahren stoffschlüssig miteinander verbunden werden, und zwar entweder gleichzeitig mit dem Verschweißen der jeweiligen Leitung mit der jeweiligen Aufnahmehülse bzw. in einem separaten Schweißvorgang.
  • Bei einem mehrteiligen Leitungsverbinder, kann zum Abdichten der Aufnahmehülsen auf zumindest einer Flachseite des Verbindungsabschnitts von einem der Schalenelemente ein Abdichtelement zum in Anlage bringen mit dem anderen Schalenelement angeordnet sein. Das Abdichtelement kann als Klebeband, als fluide Dichtmasse, als aufschmelzbares oder aufschäumendes Dichtmittel, Hotmelt usw. ausgeführt sein.
  • Um insbesondere beim Verteilen elektrischen Stroms zwischen den einzelnen Leitungen einen Schutz gegen Überströme zu gewährleisten, kann der Verbindungsabschnitt wenigstens eine Schmelzsicherung, beispielsweise in Form eines in einem Gehäuse angeordneten Schmelzleiters, aufweisen. In diesem Fall kann der Verbindungsabschnitt insgesamt aus dem Schmelzleiter und ggf. dem Gehäuse bestehen.
  • Nicht zur beanspruchten Erfindung gehört eine elektrische Leitungsanordnung, die vorzugsweise wenigstens einen Leitungsverbinder in einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten aufweist. Die Leitungsanordnung verfügt über eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen sowie einen Leitungsverbinder, der wenigstens eine zumindest an ihren Stirnseiten offene Aufnahmehülse aufweist, in denen die Leitungen zumindest abschnittsweise aufgenommen und damit stoffschlüssig verbunden sind.
  • Die Leitungsanordnung bietet den Vorteil, dass über den Leitungsverbinder und/oder über die darin miteinander verbundenen Leitungen eine Stromverteilung stattfinden kann, also ein Durchgangs- oder Endknoten gebildet werden kann. Dennoch muss kein Ultraschallschweißverfahren eingesetzt werden, da die einzelnen Leitungen in einer jeweils zugeordneten Aufnahmehülse angeordnet werden und durch die stirnseitige Öffnung insbesondere mittels Reibschweißen verschweißt werden können. Damit lässt sich die Schweißqualität verbessern, gleichzeitig ist der technische Aufwand zur Herstellung und Montage signifikant niedriger sowie eine optische Bewertung der Schweißstelle realisierbar.
  • Um eine Art Zugentlastung zu bewerkstelligen, kann ein Isolationsmantel der jeweiligen Leitung durch ein in das Innere der Aufnahmehülse hineinragendes Klemmelement radial geklemmt sein. Hierzu können an einer Innenwand der Aufnahmehülse z.B. Rillen oder sonstige Vorsprünge ausgeformt oder angebracht sein.
  • Alternativ dazu, kann an der Aufnahmehülse ein dazu separat gefertigter und/oder ausgeführter Isolationsmantelabschnitt angebracht sein, der wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweisen kann. Vorzugsweise besteht dieser aus Metall, einem Polymerwerkstoff oder Keramik. In anderen Worten kann der Isolationsmantelabschnitt als Einsatz ausgeführt sein und aus einem zu der Aufnahmehülse unterschiedlichen Werkstoff gefertigt sein.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auch auf ein Verfahren nach Anspruch 9 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei oder mehr elektrischen Leitungen. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung der oben beschriebenen Leitungsanordnung und umfasst die folgenden Schritte:
    • Es wird ein Leitungsverbinder mit wenigstens zwei Aufnahmehülsen bereitgestellt, die über wenigstens einen Verbindungsabschnitt miteinander elektrisch verbunden sind. Der Leitungsverbinder ermöglicht also eine Stromverteilung an mehrere Leitungen, wobei dieser Strom z.B. in einigen Ausführungsvarianten über den Verbindungsabschnitt eingespeist werden kann.
    • Dann wird in eine zugeordnete Aufnahmehülse jeweils eine Leitung bzw. ein ggf. freigelegter Leiter abschnittsweise in diese Aufnahmehülse eingeführt.
    • Die in der wenigstens einen Aufnahmehülse angeordneten Leitungen werden dann radial verpresst, indem die Aufnahmehülse von außen mit einer Presskraft beaufschlagt wird.
    • Dann erfolgt ein stoffschlüssiges, idealerweise ultraschallfreies Verbinden der jeweiligen Leitung mit der Aufnahmehülse mittels eines Reibschweißwerkzeugs, das durch zumindest eine der Durchgangsöffnungen der wenigstens einen Aufnahmehülse an die Leitungen geführt und dann relativ dazu rotiert wird. Hierbei werden zumindest Teilbereiche der Innenwand der Aufnahmehülse mit den freigelegten, verpressten Leitungen stoffschlüssig verbunden.
    • Optional kann dann eine optische Prüfung der Schweißverbindung zwischen Aufnahmehülse und der Leitung durchgeführt werden, wozu die Aufnahmehülse idealerweise die oben erwähnte stirnseitige Durchgangsöffnung aufweisen kann.
  • Das Verfahren bietet damit den Vorteil, dass der technische Aufwand zum Verbinden mehrerer Leitungen signifikant reduziert werden kann. Insbesondere wenn das Verschweißen ohne den Einsatz von Ultraschall erfolgt, lässt sich eine gute Überwachung der Schweißqualität z.B. durch die stirnseitige Öffnung bewerkstelligen. Eine Beschädigung angrenzender Bauteile durch den Ultraschall ist damit auch ausgeschlossen.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das stoffschlüssige Verbinden durch ein Reibschweißwerkzeug erfolgt, das durch eine Durchgangsöffnung der jeweiligen Aufnahmehülse an die Leitung heran geführt, ggf. damit in Kontakt gebracht und dann relativ dazu rotiert wird. Das Reibschweißwerkzeug kann beispielsweise ein dornartiges Werkzeug sein, wie es für das Rührreibschweißen bekannt ist. Durch die gleiche Durchgangsöffnung kann dann die optionale optische Prüfung der Schweißverbindung erfolgen.
  • Damit insbesondere der freigelegte Leiter der jeweiligen Leitung gut an einer Innenfläche der Aufnahmehülse anliegt, eine Vorfixierung der Leitung in der Aufnahmehülse erfolgt oder das stoffschlüssige Verbinden erleichtert wird, wird die Aufnahmehülse vor dem stoffschlüssigen Verbinden mit der darin aufgenommenen Leitung vorzugsweise aus radialer Richtung über vorzugsweise den gesamten Umfang der Aufnahmehülse verpresst. Dabei übt erfindungsgemäß das verwendete Presswerkzeug auch noch während des Reibschweißens eine Presskraft auf die Aufnahmehülse aus, um so ein Mitdrehen beim Rotieren des Reibschweißwerkzeugs zu verhindern.
    • Kurze Figurenbeschreibung
  • Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein erstes nicht zur beanspruchten Erfindung gehörendes Beispiel einer Leitungsanordnung mit einem nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Leitungsverbinder in einer perspektivischen Ansicht,
    Figur 2
    ein weiteres nicht zur beanspruchten Erfindung gehörendes Beispiel einer Leitungsanordnung mit einem nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Leitungsverbinder in einer perspektivischen Ansicht,
    Figur 3
    ein weiteres nicht zur beanspruchten Erfindung gehörendes Beispiel einer Leitungsanordnung mit einem nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Leitungsverbinder in einer perspektivischen Ansicht,
    Figur 4
    ein weiteres nicht zur beanspruchten Erfindung gehörendes Beispiel einer Leitungsanordnung mit einem nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Leitungsverbinder in einer perspektivischen Ansicht,
    Figur 5
    ein weiteres nicht zur beanspruchten Erfindung gehörendes Beispiel einer Leitungsanordnung mit einem nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Leitungsverbinder in einer perspektivischen Ansicht,
    Figur 6
    eine weitere nicht zur beanspruchten Erfindung gehörende Variante einer Leitungsanordnung sowie eines nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Leitungsverbinders in einer Seitenansicht,
    Figur 7
    eine mit einem Sicherungselement ausgestattete, nicht zur beanspruchten Erfindung gehörende Leitungsanordnung mit einem Leitungsverbinder in einer Seitenansicht,
    Figur 8
    ein exemplarisches Schalenelement eines erfindungsgemäßen Leitungsverbinders in einer perspektivischen Ansicht,
    Figur 9
    zwei Schalenelemente eines erfindungsgemäßen Leitungsverbinders, während eines Teilschritts der Herstellung einer erfindungsgemäßen Leitungsanordnung in einer geschnittenen Draufsicht,
    Figur 10
    Teilschritte der Herstellung einer Leitungsanordnung in einer Schnittansicht,
    Figur 11
    eine Leitungsanordnung mit einer mit einem Leitungsverbinder verschweißten Leitung in einer Schnittansicht und
    Figur 12
    einen Teilabschnitt einer Leitungsanordnung mit zwei Schalenelementen eines Leitungsverbinders.
  • Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Detaillierte Beschreibung
  • Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Leitungsanordnung 100, die einen Leitungsverbinder 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels sowie eine Mehrzahl von, hier exemplarisch vier, hieran angebrachten elektrischen Leitungen 2 in Form von z.B. Litzenleitern aufweist. Die Leitungsanordnung 100 eignet sich besonders gut für Durchgangs- bzw. Endverbinder, wie sie z.B. in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Funktional betrachtet, sind die von einem Isolationsmantel 3 umgebenen elektrischen Leiter 4 der Leitungen 2 einerseits mit dem gemeinsamen Leitungsverbinder 1 und andererseits mit einer jeweiligen (nicht dargestellten) elektrischen Last elektrisch verbunden.
  • Der in Figur 1 gezeigte Leitungsverbinder 1 ist hülsenförmig ausgestaltet und bildet im Inneren eine, hier hohlzylindrische, Aufnahmehülse 5, in der die einzelnen Leitungen 2 gemeinsam angeordnet und damit zusammengefasst sind. In anderen Worten bilden die Leitungen 2 innerhalb der Aufnahmehülse 5 einen gemeinsamen Verbindungsknoten. Die Aufnahmehülse 5 lässt sich entlang ihrer Hülsenlängsachse konstruktiv, aber auch funktional, in einen Verpressabschnitt 6 sowie einen Isolationsmantelabschnitt 7 unterteilen. Im Verpressabschnitt 6 ist die Aufnahmehülse 5 radial verpresst, wodurch auch die Leitungen 2, die im Verpressabschnitt 6 vorzugsweise durch Entfernen des Isolationsmantels 3 abisoliert sind, mit der Aufnahmehülse 5 verpresst sind. Zudem sind die Leitungen 2 hauptsächlich im Verpressabschnitt 6 mit einer Innenfläche der Aufnahmehülse 5 und/oder untereinander verschweißt. Im Isolationsmantelabschnitt 7 erfolgt jedoch kein Verschweißen, da der Wärmeeintrag des eingesetzten, weiter unten noch detaillierter beschriebenen Reibschweißverfahrens idealerweise nicht bis dorthin erfolgt.
  • Die Aufnahmehülse 5 hat an einer ersten Stirnseite eine erste Durchgangsöffnung 8 und an einer gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite eine zweite Durchgangsöffnung 9, wobei die Leitungen 2 in diesem Ausführungsbeispiel von der ersten Durchgangsöffnung 8 her so durch die Aufnahmehülse 5 geführt sind, dass die darin aufgenommenen Leitungsenden im Wesentlichen zueinander bündig sowie benachbart zur zweiten Durchgangsöffnung 9 angeordnet sind. Im hier gezeigten, bereits verschweißten Zustand ist die resultierende Schweißverbindung V durch die zweite Durchgangsöffnung 9 zu sehen und lässt sich daher mit optischen Mitteln, wie etwa einem Kamerasystem, hinsichtlich der Schweißqualität optisch überprüfen. Zudem weisen der Leitungsverbinder 1 bzw. die Aufnahmehülse 5 in diesem Ausführungsbeispiel benachbart zur zweiten Durchgangsöffnung 9 ein einstückig ausgeformtes, elektrisches Kontaktelement 10 auf, das über die entsprechende Stirnseite außen vorsteht und, wie ein Kabelschuh, zur elektrischen Verbindung an einem (nicht gezeigten) Trägerelement, wie etwa einem Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs, befestigt werden kann. Über das Kontaktelement 10 wird der Leitungsverbinder 1 auch mechanisch (kraft-und/oder formschlüssig) an dem Trägerelement gehalten.
  • Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Leitungsanordnung 100, das sich hauptsächlich dadurch von dem vorstehend beschriebenen unterscheidet, dass der Isolationsmantelabschnitt 7 länger ausgebildet ist sowie einen gegenüber dem Verpressabschnitt 6 größeren Innendurchmesser aufweist. Zudem ist hier nicht explizit das Kontaktelement 10 vorgesehen, weil dies nicht in jedem Anwendungsfall benötigt wird. Jedoch ist auch hier die Schweißverbindung V durch die zweite Durchgangsöffnung 9 optisch überprüfbar.
  • Der Isolationsmantelabschnitt 7 dient in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich als Zugentlastungselement der einzelnen isolierten Leiter 2 in der Leitungsanordnung 100. Diese können mit Isolation 3 in der Aufnahmehülse 5 im Isolationsmantelabschnitt 7 ebenfalls verpresst sein. Dieser Bereich 7 kann auch rückseitig zur mediendichten Abdichtung der abisolierten Leiter 4 und des Schweißverbindungsbereichs V zur Richtung der Leitungen 2 genutzt werden. Weiterhin kann der Isolationsmantelabschnitt 7 als separates Bauteil aus Metall, Polymerwerkstoff oder Keramik ausgeführt sein
  • In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Leitungsanordnung 100 gezeigt, bei dem der Leitungsverbinder 1 zusätzlich eine dritte Durchgangsöffnung 11 aufweist, deren Lochachse quer zur (hier gemeinsamen) Lochachse der ersten und zweiten Durchgangsöffnung 8, 9 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Lochachsen zueinander senkrecht angeordnet, wobei die dritte Durchgangsöffnung 11 zwischen der ersten und zweiten Durchgangsöffnung 8, 9 angeordnet ist. Funktional betrachtet unterscheiden sich die erste und zweite Durchgangsöffnung 8, 9 von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, da hier die Schweißverbindung V nicht durch die zweite Durchgangsöffnung 9, sondern quer dazu durch die dritte Durchgangsöffnung 11 gebildet wird. Dennoch bleibt die Schweißverbindung V durch die dritte Durchgangsöffnung 11 optisch überprüfbar.
  • Aus Figur 3 geht auch hervor, dass das Kontaktelement 10 in diesem Ausführungsbeispiel, wiederum ähnlich zu einem Kabelschuh, gegenüber der dritten Durchgangsöffnung 11 angeordnet ist und sich von diesem in eine entgegen gesetzte Richtung weg erstreckt. Zudem ist der Leitungsverbinder in diesem Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet und weist entsprechend zwei sich ergänzende Schalenelemente 12, 13 auf, die über wenigstens ein (hier exemplarisch insgesamt zwei) Koppelelement 14 aneinander befestigt sind. Das Koppelelement 14 ist hier exemplarisch als Verclipsung ausgestaltet, so dass die Schalenelemente 12, 13 um die zu verbindenden Leitungen 2 herum angeordnet und dann einfach zusammengedrückt und damit verbunden werden. Die Verbindung der Schalenelemente 12, 13 kann auch durch ein Wickelband, Klebeband, Schrumpfschlauch oder Kabelbinder erfolgen.
  • Die Schalenelemente 12, 13 können als an die Aufnahmehülse 5 separat angebrachte Bauteile aus Metall, Polymerwerkstoff oder Keramik ausgeführt sein.
  • Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Leitungsanordnung 100, in dem zusätzlich eine vierte Durchgangsöffnung 15 ausgebildet ist, die hier der dritten Durchgangsöffnung 11 gegenüberliegt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bündel der Leitungen 2 einen so großen Gesamtdurchmesser aufweist, dass es in zwei Bündel aufgeteilt wird, um durch eine Plastifizierung der Fügepartner von zwei gegenüberliegenden radialen Seiten eine höhere Schweißqualität der durch die sowohl dritte als auch vierte Durchgangsöffnung 11, 15 gebildeten Schweißverbindung V bewirkt. Zur Befestigung des Leitungsverbinders 1 an einem Trägerteil kann eine hier verdeckte, seitliche Befestigungslasche, wie das Kontaktelement 10, oder ähnliches vorgesehen sein.
  • Die Schweißverbindung V der beiden Durchgangsöffnungen 11, 15 sind hier so ausgeführt, dass im Verpressabschnitt 6 der Durchgangsöffnung 11 nur Leitungen 2 mit einem elektrischen Leiter 4 aus Aluminium und in Durchgangsöffnung 15 nur Leitungen 2 mit elektrischen Leitern aus Kupfer verschweißt sind.
  • Der Leitungsverbinder 1 des in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiels ist als Stanz-/Biegeteil, hier zudem exemplarisch einstückig, ausgeführt und verfügt über eine der Anzahl von Leitungen 2 entsprechende Anzahl von einzelnen Aufnahmehülsen 5, deren jeweiliger Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des darin aufzunehmenden Leiters 4 bzw. des Isolationsmantels 3. Die Aufnahmehülsen 5 haben hier unterschiedliche Innendurchmesser für unterschiedliche Leitungsdurchmesser, wobei dies lediglich optional bzw. exemplarisch ist. Bei den Aufnahmehülsen 5 ist zumindest teilweise der Verpressabschnitt 6 gegenüber dem Isolationsmantelabschnitt 7 verjüngt. Im Verpressabschnitt 6 (in Figur 5 oben) sind, wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, wiederum die freigelegten Leiter 4 mit den Aufnahmehülsen 5 bzw. deren Innenfläche verschweißt, wobei hier zusätzlich eine Verpressung vorgesehen sein kann.
  • Die jeweiligen Aufnahmehülsen 5 sind durch eine entsprechende Anzahl von Verbindungsabschnitten 16 miteinander elektrisch verbunden, wobei die Verbindungsabschnitte 16 insbesondere in diesem Ausführungsbeispiel blechförmig sowie einstückig mit den Aufnahmehülsen 5 ausgeführt sind. Das hierfür gewählte Blechmaterial ist elektrisch leitfähig, so dass die Aufnahmehülsen 5 über die Verbindungsabschnitte 16 elektrisch verbunden sind.
  • Wie aus Figur 5 erkennbar, ist jeweils ein freies Leitungsende der Leitungen 2, bei dem der Leiter 4 abschnittsweise freigelegt ist, in die jeweilige Aufnahmehülse 5 eingesteckt, wofür die jeweilige Aufnahmehülse 5 wiederum die (in Figur 5 untere) erste Durchgangsöffnung 8 aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite weist die jeweilige Aufnahmehülse 5 aber auch die (in Figur 5 obere) zweite Durchgangsöffnung 9 auf, die zum Einführen des Schweißwerkzeugs dient, wie das weiter unten noch detaillierter erläutert wird.
  • Benachbart zu oder an der zweiten Durchgangsöffnung 9 ist hier exemplarisch an einer der Aufnahmehülsen 5 das elektrische Kontaktelement 10 in Form eines Kabelschuhs angeordnet, das entweder einstückig mit der Aufnahmehülse 5 ausgebildet oder bei dem, weiter unten noch erläuterten Schweißvorgangs, mit angeschweißt wird.
  • In Figur 6 ist eine Ausführungsvariante des Leitungsverbinders 1 dargestellt, bei dem die Leitungen 2 abgewinkelt von den Aufnahmehülsen 5 weg geführt werden. Hierzu sind die Aufnahmehülsen 5 selbst abgewinkelt ausgeführt, so dass die Lochachsen der ersten und zweiten Durchgangsöffnungen 8, 9 nicht auf einer gemeinsamen Hülsenlängsachse liegen, sondern auf zueinander abgewinkelten, z.B. rechtwinkligen. Hier sind exemplarisch zwei Aufnahmehülsen 5 gezeigt, jedoch können auch bei dieser Ausführungsvariante mehr als zwei Aufnahmehülsen 5 vorgesehen sein. Aus Figur 6 geht aber auch hervor, dass in dem Verbindungsabschnitt 16 eine Ausführungsvariante des Kontakt- bzw. Befestigungselements 10 zum elektrischen Verbinden mit einem (nicht gezeigten und nicht näher bezeichneten) elektrischen Gegenelement bzw. Trägerelement angeordnet ist. Das Befestigungselement 10 weist, wiederum ähnlich einem Kabelschuh, ein Durchgangsloch sowie einen hindurch gesteckten Schraubenbolzen auf. Bei dem Befestigungselement 10 kann es sich auch um einen aufgeschweißten oder eingepressten Gewindebolzen oder Mutter handeln.
  • Gegen Medieneinfluss kann der Übergangsbereich zwischen der Durchgangsöffnung 8 des gekrümmten Hülsenelements 5 und dem elektrischen Leiter 2 durch einen Schrumpfschlauch 19 abgedichtet werden.
  • In der in Figur 7 gezeigten Ausführungsvariante weist der Verbindungsabschnitt 16 zwischen zwei Aufnahmehülsen 5 in einer Aussparung ein Sicherungselement 17 in Form einer Schmelzsicherung mit einem die Aufnahmehülsen 5 elektrisch verbindenden Schmelzleiter auf. Das Sicherungselement 17 überlappt sich mit seitlichen Laschen der Aufnahmehülsen 5 und ist z.B. mittels Durchsetzfügen daran befestigt.
  • In Figur 8 ist eine weitere, mehrteilige Ausführungsvariante des Leitungsverbinders 1 gezeigt. Denn dieser muss nicht zwingend einstückig ausgeführt sein, sondern kann dieser Ausführungsvariante entsprechend auch die zwei sich ergänzenden Schalenelemente 12, 13 aufweisen. Figur 8 zeigt demnach ein einzelnes Schalenelement 12, das jeweils einen Teil bzw. eine Hälfte der jeweiligen Aufnahmehülsen 5 ausbildet. Ergänzt um ein weiteres Schalenelement 13 ergibt sich dann die z.B. hohlzylindrische Aufnahmehülse 5. Benachbart zu der zweiten Durchgangsöffnung 9 der Aufnahmehülse 5 verfügt das Schalenelement 12 innerhalb des Teils der Aufnahmehülsen 5 z.B. über Klemm- und/oder Befestigungselemente 18 zum in Anlage bringen mit dem Leiter 4, bei dem es sich vorzugsweise um einen Litzenleiter handelt. Das Klemm- und/oder Befestigungselement 18 ist z.B. eine aus dem Blechmaterial des Schalenelements 12 ausgeformte, hervorstehende Rille, ein Klebeband oder ähnliches. Des Weiteren ist in Figur 8 auch noch einmal das Befestigungselement 10 zu erkennen, das hier als einfache Durchgangsöffnung ausgestaltet ist. Darüber hinaus ist in Figur 8 angedeutet, wie die beiden Schalenelemente 12, 13 miteinander verbunden werden können. Hierzu sind in dem Verbindungsabschnitt 16 Koppelelemente 14 vorgesehen, die die Schalenelemente 12, 13 mechanisch miteinander verbinden. Das erfolgt z.B. mittels Kleben, Durchsetzfügen, Verklemmen usw. Um das Eindringen von Fremdkörpern und/oder Feuchtigkeit zu verhindern, ist zumindest in seitlichen Laschen des Leitungsverbinders 1 ein Abdichtelement 19 auf einer Flachseite vorgesehen, dass dann zwischen den beiden Schalenelementen 12, 13 eingeklemmt ist, abdichtet und diese ggf. miteinander verklebt.
  • Anhand der Figuren 9 bis 12 wird nachfolgend ein exemplarisch ausgestaltetes Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Leitungen 2 bzw. zum Herstellen der Leitungsanordnung 100 unter Zuhilfenahme des Leitungsverbinders 1 erläutert.
  • Zunächst werden die Leiter 4 der Leitungen 2, von denen hier exemplarisch zwei gezeigt sind, durch Entfernen des Isolationsmantels 3 abschnittsweise freigelegt. Die Leiter 4 sind hier wiederum als Litzenleiter ausgeführt.
  • Bei einem einstückig ausgeführten Leitungsverbinder 1 (siehe z.B. Figur 1, 2 und 5) werden dann die Leitungen 2 von der ersten Durchgangsöffnung 8 her in die jeweilige Aufnahmehülse 5 eingesteckt und bis knapp unter die zweite Durchgangsöffnung 9 geführt.
  • Bei dem in z.B. Figuren 3, 4, 6, 8 und 9 gezeigten mehrteiligen Leitungsverbinder 1 werden dagegen die Schalenelemente 12, 13 um die Leitungsenden angeordnet und dann, wie in Figur 9 mit Pfeilen angedeutet, zusammengefügt. Dabei ergänzen sich die Schalenelemente 12, 13 gegenseitig derart, dass die Enden der freigelegten Leiter 4, analog zu der einstückigen Ausführungsvariante, benachbart zu der zweiten Durchgangsöffnung 9 angeordnet sind.
  • Wie in Figur 10 gezeigt, werden dann sowohl bei der einstückigen als auch bei der mehrteiligen Variante des Leitungsverbinders 1 die Aufnahmehülsen 5 durch ein Presswerkzeug mit Pressbacken 110, 120 radial verpresst, wie dies in Figur 10 durch Pfeile angedeutet ist. Im (hier besser zu erkennenden) Verpressabschnitt 6 wird dabei der freigelegte Leiter 4 in direkte Anlage mit der Innenfläche der jeweiligen Aufnahmehülse 5 gebracht. Im Isolationsmantelabschnitt 7 werden ein oder mehrere Klemmelemente 18 in Form von in die Aufnahmehülse 5 hineinragenden Vorsprüngen in kraft- und/oder formschlüssigen Eingriff mit dem Isolationsmantel 3 gebracht.
  • Nach dem Verpressen halten die Pressbacken 110, 120 die jeweiligen Abschnitte des Leitungsverbinders 1 jedoch weiterhin verdrehsicher. Dann wird ein Reibschweißwerkzeug 130 an die zweite Durchgangsöffnung 9 herangeführt, wie dies in Figur 10 wiederum durch einen Pfeil angedeutet ist. Das abschnittsweise in die jeweilige Aufnahmehülse 5 eingeführte Reibschweißwerkzeug 130 wird dann relativ zu dem verdrehsicher gehaltenen Leitungsverbinder 1 sowie der Leitung 2 rotiert, wie auch dies in Figur 10 durch einen entsprechenden Pfeil angedeutet ist. Durch das Reibschweißen werden das Leitermaterial und/oder zumindest abschnittsweise das Material der Aufnahmehülse 5 plastifiziert, so dass sich die stoffschlüssige Verbindung V (siehe Figuren 11 und 12) zwischen der jeweiligen Aufnahmehülse 5 und dem jeweiligen Leiter 4 ausbildet.
  • Figur 11 zeigt die so hergestellte Leitungsanordnung 100 in einer Schnittansicht. Nach dem stoffschlüssigen Verbinden wird die resultierende Schweißverbindung V durch die (in Figur 11 linke) zweite Durchgangsöffnung 9 optisch, z.B. unter Zuhilfenahme eines Kamerasystems, geprüft.
  • Schließlich zeigt Figur 12 die hergestellte Leitungsanordnung 100 in einer Draufsicht, wobei durch die zweite Durchgangsöffnung 9 die stoffschlüssige Verbindung V direkt erkennbar ist. Daraus geht auch hervor, dass durch den Schweißvorgang mit dem Reibschweißwerkzeug 130 zudem das erste und zweite Schalenelement 12, 13 zu einem Element verbunden wurden.
  • Weiterhin ist hier dargestellt, dass die Aufnahmehülsen 5 der Schalenelemente 12, 13 so ausgeführt sind, dass sie geometrisch bzw. formschlüssig zueinander angepasst sind und dadurch bei der Verschweißung der Leiter 4 mit der Aufnahmehülse 5 im Verpressabschnitt 6 ein Verdrücken durch auftretende Schweißkräfte teilweise unterbunden werden kann.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 100
    Elektrische Leitungsanordnung
    110
    Presswerkzeug bzw. Pressbacken
    120
    Presswerkzeug bzw. Pressbacken
    130
    Schweißwerkzeug (z.B. Reibschweißwerkzeug)
    1
    Elektrischer Leitungsverbinder
    2
    Elektrische Leitung
    3
    Isolationsmantel
    4
    Elektrischer Leiter
    5
    Aufnahmehülse
    6
    Verpressabschnitt
    7
    Isolationsmantelabschnitt
    8
    Erste Durchgangsöffnung
    9
    Zweite Durchgangsöffnung
    10
    Elektrischer Kontakt bzw. mechanisches Befestigungselement
    11
    Dritte Durchgangsöffnung
    12
    Erstes Schalenelement
    13
    Zweites Schalenelement
    14
    Koppelelement
    15
    Vierte Durchgangsöffnung
    16
    Verbindungsabschnitt
    17
    Sicherungselement (z.B. Schmelz
    18
    Klemm- und/oder Befestigungselement
    19
    Abdichtelement
    V
    Stoffschlüssige Verbindung

Claims (12)

  1. Leitungsverbinder (1) zum unlösbaren miteinander Verbinden von zwei oder mehr elektrischen Leitungen (2), mit wenigstens einer zum abschnittsweisen Aufnehmen der Leitungen (2) ausgebildeten,
    metallischen Aufnahmehülse (5), die wenigstens eine erste Durchgangsöffnung (8) sowie eine zweite Durchgangsöffnung (9) zum Einführen eines Reibschweißwerkzeugs (130) und wenigstens einen zwischen den Durchgangsöffnungen (8, 9) angeordneten Verpressabschnitt (6) aufweist, in dem die Aufnahmehülse (5) radial verpressbar ist und der zur verdrehsicheren Halterung des Leitungsverbinders (1) während des Reibschweißvorgangs mittels des Reibschweißwerkzeugs (130) dienen kann,
    wobei ferner der Leitungsverbinder (1) zwei oder mehr Aufnahmehülsen (5) aufweist, die über wenigstens einen elektrisch leitfähigen Verbindungsabschnitt (16) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsverbinder (1) zwei sich im Wesentlichen ergänzende Schalenelemente (12, 13) aufweist und dass die Schalenelemente (12, 13) über ein im Verbindungsabschnitt (16) angeordnetes Koppelelement (14) miteinander verbindbar sind, wobei das einzelne Schalenelement (12,13) jeweils einen Teil der Aufnahmehülsen (5) bildet.
  2. Leitungsverbinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Aufnahmehülse (5) wenigstens eine dritte Durchgangsöffnung (11) aufweist, deren Lochachse quer zur Lochachse der ersten und/oder zweiten Durchgangsöffnung (8, 9) ausgerichtet ist.
  3. Leitungsverbinder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aufnahmehülse (5) eine vierte Durchgangsöffnung (15) aufweist, deren Lochachse quer zur Lochachse der ersten und/oder zweiten Durchgangsöffnung (8, 9) ausgerichtet ist.
  4. Leitungsverbinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innendurchmesser einer ersten Aufnahmehülse (5) vom Innendurchmesser einer zweiten Aufnahmehülse (5) unterscheidet.
  5. Leitungsverbinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens eine Aufnahmehülse (5) von der ersten Durchgangsöffnung (8) hin zur zweiten Durchgangsöffnung (9) verjüngt.
  6. Leitungsverbinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Aufnahmehülse (5) zumindest abschnittsweise ein nach innen in die Aufnahmehülse (5) hineinragendes Klemmelement (18) aufweist.
  7. Leitungsverbinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (16) blechförmig ausgestaltet ist.
  8. Leitungsverbinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (16) ein Kontakt- oder Befestigungselement (10) zum elektrischen Kontaktieren oder mechanischen Verbinden mit einem Trägerteil aufweist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei oder mehr elektrischen Leitungen (2), mit den Schritten:
    - Bereitstellen eines Leitungsverbinders (1) mit wenigstens zwei jeweils zwei Durchgangsöffnungen (8, 9, 11, 15) aufweisenden metallischen Aufnahmehülsen (5), die über wenigstens einen elektrisch leitfähigen Verbindungsabschnitt (16) miteinander verbunden sind, wobei
    der Leitungsverbinder (1) zwei sich im Wesentlichen ergänzende Schalenelemente (12, 13) aufweist und die Schalenelemente (12, 13) über ein im Verbindungsabschnitt (16) angeordnetes Koppelelement (14) miteinander verbindbar sind, wobei das einzelne Schalenelement (12,13) jeweils einen Teil der Aufnahmehülsen (5) bildet,
    - abschnittsweises Einführen der Leitungen (2) wenigstens eine Aufnahmehülse (5),
    - radiales Verpressen der wenigstens einen Aufnahmehülse (5) durch ein Presswerkzeug (110, 120) in einem zwischen den Durchgangsöffnungen (8, 9,11,15) angeordneten Verpressabschnitt (6), und
    - stoffschlüssiges Verbinden der jeweiligen Leitung (2) mit der Aufnahmehülse (5) mittels eines Reibschweißwerkzeugs (130), das durch zumindest eine der Durchgangsöffnungen (9, 11, 15) der wenigstens einen Aufnahmehülse (5) an die Leitungen (2) geführt und dann relativ dazu rotiert wird, wobei der Verpressabschnitt (6) zur verdrehsicheren Halterung des Leitungsverbinders (1) während des Reibschweißvorgangs mittels des Reibschweißwerkzeugs (130) indem nach dem Verpressen der Verpressabschnitt (6) von Pressbacken des Presswerkzeugs (110, 120) weiterhin verdrehsicher gehalten wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (2) so durch die Aufnahmehülse (5) geführt werden, dass die darin aufgenommenen Leitungsenden im Wesentlichen zueinander bündig angeordnet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass, in dem Leitungsverbinder (1) Leitungen (2) unterschiedlicher Werkstoffe aufgenommen werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verpressen in dem Verpressabschnitt (6) ein freigelegter Leiter (4) in direkte Anlage mit der Innenfläche der jeweiligen Aufnahmehülse (5) gebracht wird und in einem Isolationsmantelabschnitt (7) ein oder mehrere Klemmelemente (18) in Form von in die Aufnahmehülse (5) hineinragenden Vorsprüngen in kraft- und/oder formschlüssigen Eingriff mit einem Isolationsmantel (3) gebracht werden.
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